基于流水彩灯的设计和实现的专业课程设计.doc

课程设计阐明书

题 目： 基于 NE555 + CD 4017
流水彩灯设计与实现

摘 要

当今社会是一种新技术层出不穷时代，科技迅速发展，在电子领域发展更是迅速，同步也在影响着咱们生活。随着人民生活水平提高，流水灯在现实生活中所起作用越来越重要。例如：在人流拥挤繁忙交通路段，闪烁着流水交通灯，提示着咱们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁繁华大街上，闪烁流水灯无不吸引过路人眼球，甚至在某些大型商场大厦自动门上都装有自动流水灯，告诉人们时间和日期。
流水灯设计规定在预定期间到来时，会产生一种控制信号控制LED灯流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路变化而变化，并具备自控、手控、流向控制功能等。重要参照数字电路中计数器原理。NE555振荡器作用等有关知识在设计过程中需要理解有关芯片（CD4017、NE555）详细功能。

核心词：流水灯；NE555振荡器；CD4017；电子线路

目 录

1 绪论 1
1.1 背景 1
1.2 设计课题任务 1
2 设计方案简述 1
2.1 方案原理 1
2.2 方案总体框图 2
3 单元模块设计 2
3.1 NE555时基电路 2
3.1.1 NE555芯片 3
3.2 译码电路 4
3.2.1 CD4017芯片 4
4 设计总方案 5
4.1 设计要点 5
4.2 方案总体电路图 6
4.3 元件清单 6
4.4 PCB图 7
5 电路调试 7
5.1 电路板调试 7
5.2 遇到问题及其解决 8
6 设计总结 8
参照文献 9
附录 10

1 绪论

1.1 背景
随着人类社会进步和科学技术迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜色灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们情绪，使宴会氛围上涨。此外还可以搭配任何摆设，配以缤纷颜色、围成各种形状，来进行装饰。流水彩灯工作原理与彩灯大体相似它拆装以便，易于收藏，安全环保，消耗低，具备较大开发潜力；构造简朴，所用原理也较简朴，有较大市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具备较好商业潜力。
1.2 设计课题任务
设计一种基于NE555+CD4017流水彩灯控制电路，规定电路启动后，各种颜色灯在时钟信号作用下按如下规律转换状态。电路启动后，规定各种颜色灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。变化脉冲频率时，各种颜色灯转换速度相应发生变化。

2 设计方案简述

2.1 方案原理
该十路流水灯控制器可控制10个灯轮流循环流水发光，流水速度可以调节。NE555时基电路构成振荡电路，电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电，当充电到一定限度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RP1又开始对电容C1充电，周而复始。通过调节RP1阻值，可以变化电容充放电时间常数,从而变化3脚输出脉冲频率。从3脚输出振荡脉冲作为CD4017工作时钟脉冲，在时钟脉冲作用下，CD4017十进制计数器开始计数，从10个输出端依次输出高电平，不断循环。10只发光二极管被依次点亮。整个电路可以采用3-12V直流供电。

2.2 方案总体框图

图1
3 单元模块设计
3.1 NE555时基电路
NE555时基电路构成多谐振荡电路，电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电，当充电到一定限度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RP1又开始对电容C1充电，周而复始。通过调节RP1阻值，可以变化电容充放电时间常数从而变化3脚输出脉冲频率。

图2 图3

3.1.1 NE555芯片

图4 图5

NE555 引脚功能简介:
1脚：公共地端为负极。
2脚：低触发端TRIG,低于1/3电源电压时即导通。
3脚：输出端OUT，电流可达200mA。
4脚：强制复位端RESET,不用时可与电源正极相连或悬空。
5脚：用来调节比较器基准电路，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01uF电容器接地
6脚：高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。
7脚：发电端DISCH。
8脚：电源正极VDD。
应用十分广泛，可装如下几种电路：1.单稳类电路 作用：定延时，消抖动，分频，脉冲输出等；2.双稳类电路 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等：3.无稳类电路 作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具等。

3.2 译码电路
译码电路由一块CD4017芯片构成。Q0～Q9这10个输出端输出状态分别与输入时钟个数相相应。如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。同步，进位端C0就输出一种进位脉冲，作为下一级计数时钟信号。Cr为复位端，也为清零端。当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。如此重复，只要NE555芯片3脚送来二进制信号不消失，CD4017芯片将二进制信号转换为十进制信号计码工作就会重复进行下去。
3. 2. 1 CD4017芯片
CD4017 是5 位Johnson 计数器，具备10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端斯密特触发器具备脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了迅速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了对的计数顺序。译码输出普通为低电平，只有在相应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完毕一次进位，并用作多级计数链下级脉动时钟。CD4017管脚排列和功能表分别如下图所示：

图6 图7

CD4017时序工作图：

图8

4 设计总方案

4.1 设计要点
由于循环彩灯对频率规定不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号频率可调，因此采用555定期器构成振荡器其输出脉冲作为下一级时钟信号。计数器是用来合计和寄存输入脉冲个数时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数分频器4017它是一种用途非常广泛电路。其内部由计数器及译码器两某些构成，由译码输出实现对脉冲信号分派，整个输出时序就是O0O2….O9依次浮现与时钟同步高电平，宽度等于时钟周期。显示电路重要由发光二极管构成，当4017输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化效果。

4.2 方案总体电路图

图9

4.3 元件清单

图10

4.4 PCB图

图11

5 电路调试
5.1 电路板调试
1） 检查电路设计原理图即导线链接，并拟定导线链接与电路原理图一致。
2) 检查导线链接，并检查导线与否断路，依照电路原理图，用数字万用表打到适当档位，测试各导线相应按点与否导通。
3) 检查实验仪器和器材与否完好，电源5V直流电压输出正常。发光二极管所有可以正常发光，电阻和电容所有正常，电位器可以正常调节。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。当接通电源，流水灯可以正常顺畅流动。

5.2 遇到问题及其解决
1）流水灯只有某些闪烁，有一种灯不亮。检查电路板发既有虚焊，将虚焊地方焊接好
检查之后重新测试。
2）流水灯没有正常流动，调节滑动变阻器发现流水灯没有依次循环现象。通过观测发现时变阻器阻值不够大，后换了一种阻值较大滑动变阻器。
3）只有一种灯光被点亮且不闪烁，检查发现与NE555相连电解电容反接，调换引脚。

6 设计总结

通过本次课程设计学习，收获匪浅，使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。一方面，通过学习使自己对课本上知识可以应用于实际，使理论与实际相结合，加深自己对课本知识更好理解，同步实习也段练了我个人动手能力，可以充分运用图书馆去查阅资料，增长了许多课本以外知识。能对Altium designer软件实际操作，达到学以致用。再者，通过对实现功能规定，对各元器件引脚功能、真值表分析、并设计其原理图，尚有画原理图PCB图也是对实际动手能力一大考验，由于之前还没学到EDA这门课实验知识，因此只能自己去查阅资料和下载软件一步一步弄懂来，在这过程中收获很大。
在设计过程中遇到诸多问题，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样问题，同步在设计过程中发现了自己局限性之处，对此前所学过知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计同步表白，任何实践活动，都不也许闭门造车，是必要去吸取前人实践经验，这就规定在课程设计过程中，从网络上，从图书馆，借寻有关资料书籍等，有力地指引课程设计。通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻
炼了能力，综合素质得到较大提高。在此过程中，感谢教师理解与协助，再次十分感谢教师！

参照文献
[1] 阎石. 数字电子技术基本-5版[M]. 高等教诲出版社，
[2] 谢自美. 电子线路设计-实验-测试[M]. 华中科技大学出版社，
[3] 高有堂. EDA技术及应用实践 .清华大学出版社，
[4] 穆秀春，訾鸿. 轻松实现从Protel到Altium Designer. 电子工业出版社，
[5] 肖利民. CD4017原理和应用. 电子制作，
[6] 杨欣、王玉凤.电子技术从零开始.清华大学出版社，
[7] 童诗白.模仿电子技术基本-4版[M].高等教诲出版社，